Sursă originală: Houcheng Liu. Starea de dezvoltare și tendințele industriei iluminatului cu LED pentru instalații [J]. Journal of Illumination Engineering, 2018, 29(04): 8-9.
Sursa articolului: Material Once Deep

Lumina este factorul de mediu fundamental pentru creșterea și dezvoltarea plantelor. Lumina nu numai că furnizează energie pentru creșterea plantelor prin fotosinteză, dar este și un regulator important al creșterii și dezvoltării plantelor. Suplimentarea cu lumină artificială sau iradierea completă cu lumină artificială poate promova creșterea plantelor, crește randamentul, îmbunătățește forma și culoarea produsului, sporește componentele funcționale și reduce apariția bolilor și dăunătorilor. Astăzi, voi împărtăși cu voi stadiul de dezvoltare și tendința industriei iluminatului pentru plante.
Tehnologia surselor de lumină artificială este din ce în ce mai utilizată în domeniul iluminării plantelor. LED-urile au multe avantaje, cum ar fi eficiența ridicată a luminii, generarea redusă de căldură, dimensiunile reduse, durata lungă de viață și multe alte avantaje. Are avantaje evidente în domeniul iluminării pentru cultivarea plantelor. Industria iluminatului pentru cultivarea plantelor va adopta treptat corpuri de iluminat cu LED pentru cultivarea plantelor.

A. Stadiul de dezvoltare al industriei de iluminat cu LED pentru creșterea plantelor 

1. Pachet LED pentru iluminare de creștere

În domeniul ambalajelor pentru iluminatul de creștere cu LED-uri, există multe tipuri de dispozitive de ambalare și nu există un sistem unificat de standarde de măsurare și evaluare. Prin urmare, în comparație cu produsele autohtone, producătorii străini se concentrează în principal pe direcțiile de mare putere, cob și module, luând în considerare seria de iluminat de creștere cu lumină albă, luând în considerare caracteristicile de creștere a plantelor și mediul de iluminat umanizat, având avantaje tehnice mai mari în ceea ce privește fiabilitatea, eficiența luminii, caracteristicile radiației fotosintetice ale diferitelor plante în diferite cicluri de creștere, incluzând diverse tipuri de plante de mare putere, putere medie și putere mică de diferite dimensiuni, pentru a satisface nevoile unei varietăți de plante în diferite medii de creștere, așteptând să atingă obiectivul de maximizare a creșterii plantelor și economisire a energiei.

Un număr mare de brevete de bază pentru napolitane epitaxiale pentru cipuri se află încă în mâinile unor companii lider în domeniu, precum Nichia din Japonia și Career din America. Producătorii autohtoni de cipuri încă nu au produse brevetate care să fie competitive pe piață. În același timp, multe companii dezvoltă noi tehnologii în domeniul ambalării cipurilor pentru iluminatul de creștere. De exemplu, tehnologia cipurilor cu peliculă subțire de la Osram permite ambalarea strânsă a cipurilor pentru a crea o suprafață de iluminat mare. Pe baza acestei tehnologii, un sistem de iluminat LED de înaltă eficiență, cu o lungime de undă de 660 nm, poate reduce cu 40% consumul de energie în zona de cultivare.

2. Creșterea spectrului de iluminat și a dispozitivelor
Spectrul iluminării plantelor este mai complex și mai divers. Plantele diferite prezintă diferențe mari în spectrele necesare în diferite cicluri de creștere și chiar în diferite medii de creștere. Pentru a satisface aceste nevoi diferențiate, există în prezent următoarele scheme în industrie: ① Scheme multiple de combinare a luminii monocromatice. Cele trei spectre cele mai eficiente pentru fotosinteza plantelor sunt în principal spectrul cu vârfuri la 450nm și 660nm, banda de 730nm pentru inducerea înfloririi plantelor, plus lumina verde de 525nm și banda ultravioletă sub 380nm. Combinați aceste tipuri de spectre în funcție de diferitele nevoi ale plantelor pentru a forma spectrul cel mai potrivit. ② Schemă cu spectru complet pentru a obține o acoperire completă a spectrului de cerere a plantelor. Acest tip de spectru corespunzător cipului SUNLIKE reprezentat de Seoul Semiconductor și Samsung poate să nu fie cel mai eficient, dar este potrivit pentru toate plantele, iar costul este mult mai mic decât cel al soluțiilor de combinare a luminii monocromatice. ③ Folosiți lumină albă cu spectru complet ca element principal, plus lumină roșie de 660 nm ca schemă combinată pentru a îmbunătăți eficiența spectrului. Această schemă este mai economică și mai practică.

Cipurile LED monocromatice pentru iluminatul plantelor (lungimile de undă principale sunt 450nm, 660nm, 730nm) sunt comercializate de multe companii autohtone și străine, în timp ce produsele autohtone sunt mai diverse și au mai multe specificații, iar produsele producătorilor străini sunt mai standardizate. În același timp, în ceea ce privește fluxul de fotoni fotosintetici, eficiența luminii etc., există încă o mare diferență între producătorii de ambalaje autohtoni și cei străini. În ceea ce privește dispozitivele de ambalare monocromatice pentru iluminatul plantelor, pe lângă produsele cu benzile principale de lungime de undă de 450nm, 660nm și 730nm, mulți producători dezvoltă și produse noi în alte benzi de lungime de undă pentru a realiza o acoperire completă pentru lungimea de undă a radiației fotosintetic active (PAR) (450-730nm).

Luminile LED monocromatice pentru creșterea plantelor nu sunt potrivite pentru creșterea tuturor plantelor. Prin urmare, sunt evidențiate avantajele LED-urilor cu spectru complet. Spectrul complet trebuie mai întâi să atingă o acoperire completă a spectrului complet al luminii vizibile (400-700nm) și să crească performanța acestor două benzi: lumină albastru-verde (470-510nm), lumină roșu intens (660-700nm). Se utilizează LED-uri albastre obișnuite sau cipuri LED ultraviolete cu fosfor pentru a obține spectrul „complet”, iar eficiența fotosintetică are propriile suișuri și inferioare. Majoritatea producătorilor de dispozitive de ambalare cu LED-uri albe pentru iluminatul plantelor utilizează cipuri Blue + fosfor pentru a obține spectrul complet. Pe lângă modul de ambalare cu lumină monocromatică și lumină albastră sau cip ultraviolet plus fosfor pentru a realiza lumina albă, dispozitivele de ambalare cu iluminat pentru plante au și un mod de ambalare compozit care utilizează două sau mai multe cipuri de lungime de undă, cum ar fi roșu zece albastru/ultraviolet, RGB, RGBW. Acest mod de ambalare are avantaje mari în ceea ce privește reglarea intensității luminoase.

În ceea ce privește produsele LED cu lungime de undă îngustă, majoritatea furnizorilor de ambalaje pot oferi clienților diverse produse cu lungimi de undă în banda 365-740nm. În ceea ce privește spectrul de iluminare a plantelor convertit cu fosfor, majoritatea producătorilor de ambalaje oferă o varietate de spectre din care clienții pot alege. Comparativ cu 2016, rata de creștere a vânzărilor în 2017 a înregistrat o creștere substanțială. Printre acestea, rata de creștere a sursei de lumină LED de 660nm este concentrată la 20%-50%, iar rata de creștere a vânzărilor sursei de lumină LED pentru plante convertite cu fosfor ajunge la 50%-200%, adică vânzările de surse de lumină LED pentru plante convertite cu fosfor cresc mai rapid.

Toate companiile de ambalaje pot furniza produse de ambalaje generale de 0,2-0,9 W și 1-3 W. Aceste surse de lumină permit producătorilor de iluminat să aibă o bună flexibilitate în proiectarea iluminatului. În plus, unii producători oferă și produse de ambalaje integrate de putere mai mare. În prezent, peste 80% din livrările majorității producătorilor sunt de 0,2-0,9 W sau 1-3 W. Printre acestea, livrările companiilor internaționale de ambalaje de top sunt concentrate în 1-3 W, în timp ce livrările companiilor de ambalaje mici și mijlocii sunt concentrate în 0,2-0,9 W.

3. Domenii de aplicare a iluminatului pentru creșterea plantelor

Din domeniul de aplicare, corpurile de iluminat pentru creșterea plantelor sunt utilizate în principal în iluminatul serelor, fabricile de plante cu iluminat artificial, cultura țesuturilor vegetale, iluminatul câmpurilor agricole în aer liber, plantarea legumelor și florilor de uz casnic și cercetarea de laborator.

①În serele solare și serele cu mai multe deschideri, proporția de lumină artificială pentru iluminatul suplimentar este încă scăzută, iar lămpile cu halogenuri metalice și lămpile cu sodiu de înaltă presiune sunt principalele. Rata de penetrare a sistemelor de iluminat cu LED pentru creștere este relativ scăzută, dar rata de creștere începe să se accelereze pe măsură ce costurile scad. Motivul principal este că utilizatorii au o experiență îndelungată în utilizarea lămpilor cu halogenuri metalice și a lămpilor cu sodiu de înaltă presiune, iar utilizarea lămpilor cu halogenuri metalice și a lămpilor cu sodiu de înaltă presiune poate furniza aproximativ 6% până la 8% din energia termică pentru seră, evitând în același timp arsurile plantelor. Sistemul de iluminat cu LED pentru creștere nu a oferit instrucțiuni specifice și eficiente și suport de date, ceea ce a întârziat aplicarea sa în serele cu lumină naturală și cu mai multe deschideri. În prezent, aplicațiile demonstrative la scară mică sunt încă pilonul principal. Deoarece LED-ul este o sursă de lumină rece, acesta poate fi relativ aproape de coronamentul plantelor, rezultând un impact mai mic asupra temperaturii. În serele cu lumină naturală și cu mai multe deschideri, iluminatul cu LED pentru creștere este mai frecvent utilizat în cultivarea între plante.

②Aplicații în agricultură în aer liber. Pătrunderea și aplicarea iluminatului vegetal în agricultura instalațiilor agricole a fost relativ lentă, în timp ce aplicarea sistemelor de iluminat vegetal cu LED (control al fotoperioadei) pentru culturile de zi lungă în aer liber cu valoare economică ridicată (cum ar fi fructul dragonului) a cunoscut o dezvoltare rapidă.

③Fabrici de plante. În prezent, cel mai rapid și mai utilizat sistem de iluminat pentru plante este fabrica de plante cu lumină artificială, care este împărțită pe categorii în fabrici centralizate multistrat și fabrici mobile distribuite. Dezvoltarea fabricilor de plante cu lumină artificială în China este foarte rapidă. Principalul corp de investiții al fabricii centralizate multistrat de plante cu lumină artificială nu sunt companiile agricole tradiționale, ci mai multe companii implicate în produse semiconductoare și electronice de larg consum, cum ar fi Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, precum și COFCO și Xi Cui și alte companii agricole moderne noi. În fabricile de plante distribuite și mobile, containerele de transport maritim (containere noi sau reconstrucția containerelor second-hand) sunt încă utilizate ca transportoare standard. Sistemele de iluminat pentru plantele artificiale utilizează în mare parte sisteme de iluminat liniare sau cu panouri plate, iar numărul de soiuri plantate continuă să crească. Diverse surse de lumină LED cu formulă de lumină experimentală au început să fie utilizate pe scară largă. Produsele de pe piață sunt în principal legume cu frunze verzi.

④Plantarea plantelor de uz casnic. LED-urile pot fi utilizate în lămpi de masă pentru plante de uz casnic, rafturi pentru plantarea plantelor de uz casnic, mașini de cultivat legume de uz casnic etc.

⑤Cultivarea plantelor medicinale. Cultivarea plantelor medicinale implică plante precum Anoectochilus și Lithospermum. Produsele de pe aceste piețe au o valoare economică mai mare și reprezintă în prezent o industrie cu mai multe aplicații pentru iluminatul vegetal. În plus, legalizarea cultivării canabisului în America de Nord și în unele părți ale Europei a promovat aplicarea iluminării cu LED-uri în domeniul cultivării canabisului.

⑥Lumini pentru flori. Ca instrument indispensabil pentru ajustarea timpului de înflorire a florilor în industria floricolă, primele aplicații ale luminilor pentru flori au fost lămpile incandescente, urmate de lămpile fluorescente economice. Odată cu dezvoltarea industrializării cu LED-uri, tot mai multe corpuri de iluminat pentru flori de tip LED au înlocuit treptat lămpile tradiționale.

⑦Cultura țesuturilor vegetale. Sursele tradiționale de lumină pentru cultura țesuturilor sunt în principal lămpile fluorescente albe, care au o eficiență luminoasă scăzută și o generare mare de căldură. LED-urile sunt mai potrivite pentru o cultură eficientă, controlabilă și compactă a țesuturilor vegetale datorită caracteristicilor lor remarcabile, cum ar fi consumul redus de energie, generarea redusă de căldură și durata lungă de viață. În prezent, tuburile LED albe înlocuiesc treptat lămpile fluorescente albe.

4. Distribuția regională a companiilor de iluminat pentru creșterea plantelor

Conform statisticilor, în țara mea există în prezent peste 300 de companii de iluminat pentru creșterea plantelor, iar companiile de iluminat pentru creșterea plantelor din zona Deltei Râului Perlelor reprezintă peste 50%, ocupând deja o poziție importantă. Companiile de iluminat pentru creșterea plantelor din Delta Râului Yangtze reprezintă aproximativ 30% și este încă o zonă importantă de producție pentru produsele de iluminat pentru creșterea plantelor. Companiile tradiționale de lămpi pentru creșterea plantelor sunt distribuite în principal în Delta Râului Yangtze, Delta Râului Perlelor și zona Bohai, dintre care Delta Râului Yangtze reprezintă 53%, iar Delta Râului Perlelor și zona Bohai reprezintă 24%, respectiv 22%. Principalele zone de distribuție ale producătorilor de iluminat cu LED pentru creșterea plantelor sunt Delta Râului Perlelor (62%), Delta Râului Yangtze (20%) și zona Bohai (12%).

B. Tendința de dezvoltare a industriei iluminatului cu LED pentru creșterea plantelor

1. Specializare

Iluminatul cu LED pentru creșterea plantelor are caracteristici precum spectru și intensitate luminoasă reglabile, generare totală redusă de căldură și performanță bună la impermeabilitate, fiind astfel potrivit pentru iluminatul de creștere în diverse contexte. În același timp, schimbările din mediul natural și preocuparea oamenilor pentru calitatea alimentelor au promovat dezvoltarea viguroasă a agriculturii industriale și a fabricilor de creștere, conducând industria iluminatului cu LED pentru creștere într-o perioadă de dezvoltare rapidă. În viitor, iluminatul cu LED pentru creștere va juca un rol important în îmbunătățirea eficienței producției agricole, îmbunătățirea siguranței alimentare și îmbunătățirea calității fructelor și legumelor. Sursa de lumină LED pentru iluminatul de creștere se va dezvolta în continuare odată cu specializarea treptată a industriei și se va îndrepta într-o direcție mai precisă.

2. Eficiență ridicată

Îmbunătățirea eficienței luminii și a eficienței energetice este cheia reducerii semnificative a costurilor de operare a iluminatului plantelor. Utilizarea LED-urilor pentru înlocuirea lămpilor tradiționale și optimizarea și ajustarea dinamică a mediului luminos în funcție de cerințele plantelor privind formula luminoasă, de la stadiul de răsad până la stadiul de recoltare, reprezintă tendințele inevitabile ale agriculturii rafinate în viitor. În ceea ce privește îmbunătățirea randamentului, aceasta poate fi cultivată în etape și regiuni, combinată cu formula luminoasă în funcție de caracteristicile de dezvoltare ale plantelor, pentru a îmbunătăți eficiența producției și randamentul în fiecare etapă. În ceea ce privește îmbunătățirea calității, reglarea nutriției și reglarea luminii pot fi utilizate pentru a crește conținutul de nutrienți și alte ingrediente funcționale pentru îngrijirea sănătății.

Conform estimărilor, cererea națională actuală de răsaduri de legume este de 680 de miliarde, în timp ce capacitatea de producție a răsadurilor industriale este mai mică de 10%. Industria răsadurilor are cerințe de mediu mai mari. Sezonul de producție este în mare parte iarna și primăvara. Lumina naturală este slabă și este necesară lumină artificială suplimentară. Iluminatul pentru creșterea plantelor are un consum și un randament relativ ridicat și un grad ridicat de acceptare a inputului. LED-urile au avantaje unice, deoarece fructele și legumele (roșii, castraveți, pepeni etc.) trebuie altoite, iar spectrul specific de suplimentare a luminii în condiții de umiditate ridicată poate promova vindecarea răsadurilor altoite. Lumina suplimentară pentru plantarea legumelor în seră poate compensa lipsa luminii naturale, poate îmbunătăți eficiența fotosintezei plantelor, poate promova înflorirea și fructificarea, poate crește randamentul și poate îmbunătăți calitatea produsului. Iluminatul LED pentru creșterea plantelor are perspective largi de aplicare în răsadurile de legume și producția în sere.

3. Inteligent

Iluminatul pentru creșterea plantelor are o cerere puternică pentru controlul în timp real al calității și cantității luminii. Odată cu îmbunătățirea tehnologiei de control inteligent și aplicarea Internetului Lucrurilor, o varietate de spectre monocromatice și sisteme inteligente de control pot realiza controlul timpului, controlul luminii și, în funcție de starea de creștere a plantelor, ajustarea la timp a calității luminii și a fluxului luminos va deveni cu siguranță principala tendință în dezvoltarea viitoare a tehnologiei de iluminat pentru creșterea plantelor.